DE102019125038A1

DE102019125038A1 - Strahltriebwerk

Info

Publication number: DE102019125038A1
Application number: DE102019125038.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kazula; David Grasselt; Chetan Sain; Klaus Höschler; Martin Selleng
Original assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk (10), aufweisend eine Triebwerkgondel (11), wobei die Triebwerkgondel (11) eine Gondelhülle (20) mit einem ersten Gondelhüllenteil und optional einem dazu beweglichen zweiten Gondelhüllenteil aufweist, wobei die Triebwerkgondel (11) einen sich eingangsseitig der Gondelhülle (20) befindlichen Einlass (30) und eine sich ausgangsseitig der Gondelhülle (20) befindliche Schubdüse (40) aufweist, und wobei die Triebwerkgondel (11) als formvariable Triebwerkgondel (11) ausgebildet ist. Um die Effizienz des Strahltriebwerks (10) zu steigern, ist vorgesehen, dass die Gondelhülle (20), der Einlass (30) und die Schubdüse (40) jeweils formvariabel ausgebildet sind und über eine einzige gemeinsame Gesamt-Antriebseinrichtung (60) angetrieben werden. Zudem weist das Strahltriebwerk (10) bevorzugt noch eine Schubumkehreinrichtung (50) auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, das insbesondere für Flugzeuge verwendet wird.
Strahltriebwerke an sich sind im Stand der Technik bereits seit langem bekannt und weisen eine Reihe unterschiedlicher Komponenten auf. Ein Strahltriebwerk wird in bekannter Weise nach außen von einer Triebwerkgondel begrenzt. Innerhalb der Triebwerkgondel befindet sich ein Kerntriebwerk. Die Triebwerkgondel weist eine Gondelhülle auf, an der sich eingangsseitig ein Einlass und ausgansseitig eine Schubdüse befinden. Über den Einlass wird Luft in das Strahltriebwerk eingesaugt. Über die Schubdüse verlässt die Luft das Strahltriebwerk anschließend wieder.
In der zivilen Luftfahrt müssen Triebwerksgondeln wechselnde Anforderungen und Funktionen erfüllen. Wichtige Funktionen sind unter anderem die Belieferung des Verdichtersystems mit Luft, das Schützen von gondelinternen Komponenten vor äußeren Einflüssen, das Ausleiten des Abgasstrahls und die Erhaltung des Druckpotenzials im Strahltriebwerk, sowie gegebenenfalls das Unterstützen des Flugzeugbremssystems. Diese Funktionen werden bei modernen Strahltriebwerken durch die Bestandteile der Triebwerksgondel, wie Einlass, Gondelhülle, Schubdüse und Schubumkehrsystem abgedeckt.
Die Belieferung des Verdichtersystems mit Luft adäquater Menge, Geschwindigkeit und Gleichförmigkeit werden durch den Einlass sichergestellt. Bei verschiedenen Flugbedingungen ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Kontur des Einlasses. Während des schnellen Reiseflugs sind Einlässe mit dünner Kontur und engem Eintrittsquerschnitt vorteilhaft, da diese einen minimalen Luftwiderstand gewährleisten. Diese Geometrien sind jedoch im Startfall anfällig für Strömungsablösungen, die gefährliche Folgen nach sich ziehen können. Aus diesem Grund sind für den Start und den Steigflug Einlässe mit dicker, runder Kontur und größerem Eintrittsquerschnitt besser geeignet, da sie dieses Risiko minimieren. Dies erfolgt allerdings auf Kosten eines erhöhten Widerstands im Reiseflugfall. Oftmals wird für diese unterschiedlichen Anforderungen ein statischer Einlass mit einer Kompromissgeometrie verwendet. Ein formvariabler Einlass kann für jede Flugsituation eine möglichst optimale Geometrie erzeugen und somit eine höhere Effizienz und Reisegeschwindigkeit bei gleichbleibender Zuverlässigkeit und Sicherheit während des Flugzeugstarts ermöglichen. Ein Beispiel für einen solchen formvariablen Einlass ist in der US 5,000,399 B beschrieben.
In der Triebwerksgondel sind im Bereich zwischen dem Einlass und der Schubdüse zudem zahlreiche Komponenten, wie beispielsweise Generatoren, untergebracht. Diese Bauteile sind vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Hagel, Blitzschlag und elektromagnetischer Strahlung, zu schützen. Dies geschieht mittels der Gondelhülle. Zudem wird deren Zugänglichkeit, beispielsweise für Wartungszwecke, über Gondeltüren und Klappen gewährleistet.
Die Schubdüse ist verantwortlich für die Energieumwandlung bei der Ausleitung des Abgasstrahls aus dem Strahltriebwerk heraus. Die Umwandlung resultiert in einer Beschleunigung des Abgasstrahls. Zudem stellt die Schubdüse ein gewisses Druckpotenzial im Strahltriebwerk sicher. Dieses ist für einen zuverlässigen Betrieb des Fan- und Verdichtersystems von großer Wichtigkeit. Beide genannten Funktionen sind abhängig vom Düsenaustrittsquerschnitt. Durch Verwendung eines großen Düsenaustrittsquerschnitts im Startfall wird die Gefahr von Pumpen oder Fanflattern minimiert. Gegen Ende des Steigflugs und während des Reiseflugs hingegen ist ein kleinerer Düsenquerschnitt ideal, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Eine Düse mit verstellbarem Austrittsdurchmesser kann eine optimale Anpassung an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen während Start-, Steig- und Reiseflugbetrieb bieten. Formvariable Schubdüsen an sich sind im Stand der Technik bereits bekannt und beispielsweise in der US 2015/0308379 A1 oder der US 8,869,505 B beschrieben.
Durch die Integration einer Schubumkehreinrichtung kann die Triebwerkgondel in die Lage versetzt werden, durch eine Umlenkung des Triebwerksluftstromes entgegen der Flug-/Rollrichtung eine Bremswirkung zu erzielen. Dadurch können die benötigte Landestrecke und Taxi-Strecken auf dem Flughafen verkürzt werden, der Verschleiß des Reifenbremssystems kann reduziert werden und die Sicherheit auf nassen und vereisten Landebahnen kann erhöht werden. Deshalb werden Schubumkehrsysteme in vielen modernen Flugzeugen verwendet.
Eine Integration jedes einzelnen dieser Systeme bringt jedoch Nachteile hinsichtlich der Effizienz, wie eine Erhöhung des Triebwerkgewichts, erhöhte Komplexität und somit gegebenenfalls geringere Zuverlässigkeit, mit sich. Dies gilt insbesondere dann, wenn jedes Sub-System ein eigenes Antriebssystem besitzt. Es gibt deshalb bereits erste Bestrebungen, einzelne Sub-Systeme miteinander zu kombinieren. In der US 2013/0008145 A1 beispielsweise wird ein Aktorsystem mit einem Aktor für eine variable Nebenstromdüse und eine Schubumkehreinrichtung beschrieben.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Strahltriebwerk der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass damit eine Effizienzsteigerung erzielt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Strahltriebwerk mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Strahltriebwerk mit einer formvariablen Triebwerkgondel bereitzustellen. Formvariabel bedeutet dabei insbesondere, dass die Form der Triebwerkgondel, insbesondere deren äußere Gestalt oder Kontur, je nach Bedarf verändert werden kann.
Gemäß dem grundlegenden Aspekt der Erfindung ist die formvariable Triebwerkgondel derart ausgebildet, dass die Gondelhülle der Triebwerkgondel formvariabel ausgebildet ist. Durch die Verstellbarkeit der äußeren Gondelkontur kann eine Effizienzsteigerung für das Strahltriebwerk erreicht werden, da dadurch der Gondelquerschnitt und deshalb der Strömungswiderstand gezielt eingestellt werden kann.
In bevorzugter Weiterbildung ist realisiert, dass neben der Gondelhülle weitere Komponenten der Triebwerkgondel formvariabel ausgebildet sind, beispielsweise der Einlass und/oder die Schubdüse. Dabei können beliebige Kombinationen der vorgenannten formvariablen Komponenten realisiert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Triebwerkgondel zusätzlich zu der formvariablen Gondelhülle einen formvariablen Einlass auf.
Durch die Verstellbarkeit der äußeren Gondelkontur in Verbindung mit einem variablen Einlass kann eine weitere Effizienzsteigerung erreicht werden, da dadurch der Gondelquerschnitt und deshalb der Strömungswiderstand, beispielsweise während des Reiseflugs, reduziert werden kann, ohne dass Stufen zwischen Einlass und Gondelhülle entstehen. Ein formvariabler Einlass kann für jede Flugsituation eine möglichst optimale Geometrie erzeugen und somit eine höhere Effizienz und Reisegeschwindigkeit bei gleichbleibender Zuverlässigkeit und Sicherheit während des Flugzeugstarts ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Triebwerkgondel alternativ zu dem formvariablen Einlass oder zusätzlich dazu, neben der formvariablen Gondelhülle eine formvariable Schubdüse aufweisen. Eine Schubdüse mit verstellbarem Austrittsdurchmesser bietet eine optimale Anpassung an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen während Start-, Steig- und Reiseflugbetrieb.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Triebwerkgondel eine formvariable Gondelhülle, einen formvariablen Einlass und eine formvariable Schubdüse auf.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist darüber hinaus in der Triebwerkgondel auch eine Schubumkehreinrichtung realisiert. Durch die Integration eines Schubumkehrsystems kann die Triebwerkgondel in die Lage versetzt werden, durch eine Umlenkung des Triebwerksluftstromes entgegen der Flug-/Rollrichtung eine Bremswirkung zu erzielen.
Die Formvariabilität der einzelnen Komponenten erfolgt vorzugsweise über die Verwendung entsprechender Antriebseinrichtungen, die mit der jeweiligen Komponente verbunden sind. In bevorzugter Ausgestaltung sind zumindest einige dieser Antriebseinrichtungen miteinander zu einer einzigen Gesamt-Antriebseinrichtung kombiniert. Das bedeutet, dass mehrere oder alle der vorgenannten Komponenten über eine einzige, gemeinsame Antriebseinrichtung in ihrer Form variiert werden. Durch die Kombination der Antriebssysteme einiger oder aller vorgenannten Komponenten können das Gesamtgewicht und die Komplexität des Strahltriebwerks, und insbesondere von dessen Triebwerkgondel, verringert sowie die Gesamtzuverlässigkeit der variablen Triebwerkgondel erhöht werden. Somit kann eine variable Triebwerkgondel eine Wirtschaftlichkeit erreichen, die einen Einsatz in zukünftigen Anwendungen ermöglicht.
Durch die vorliegende Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform insbesondere eine formvariable Triebwerkgondel realisiert durch variable Komponenten wie variable Gondelhülle, variabler Einlass, variable Schubdüse und Schubumkehreinrichtung und insbesondere durch eine Kombination der Antriebseinrichtungen dieser formvariablen Komponenten, welche jeweils Sub-Systeme des Strahltriebwerks darstellen, in einer einzigen gemeinsamen Antriebseinrichtung.
Die vorliegende Erfindung zielt insbesondere darauf ab, dass in zukünftigen Anwendungen die statischen Kompromisse für Einlass, Schubdüse und Gondelhülle durch variable Lösungen ersetzt werden. Die Kombination der Antriebssysteme einiger oder aller beschriebener Teilsysteme der Triebwerksgondel kann bewirken, das Gesamtgewicht und die Gesamtkomplexität des variablen Gondelsystems bestehend aus variablem Einlass, variabler Gondelhülle, variabler Schubdüse sowie Schubumkehrsystem im Vergleich zu nicht gekoppelten Lösungen zu verringern. Eine solche variable Triebwerkgondel kann eine Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit erreichen, die einen Einsatz in zukünftigen Anwendungen ermöglicht und profitabel macht. Erreicht wird die Kopplung vorzugsweise durch die Zusammenfassung von ähnlichen Subsystemen, beispielsweise den Antriebssystemen und Teilen der Steuerelektronik. Dadurch wird die Anzahl redundanter Baugruppen vermindert, was eine Gewichts- und Komplexitätsreduktion mit sich führt, jedoch ohne dabei die funktionelle Sicherheit des Strahltriebwerks zu beeinträchtigen.
Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine Reihe von bevorzugten Ausführungsformen bereit, nämlich:

Eine neuartige Kombination der Antriebssysteme von mehreren, vorzugsweise bis zu vier, Subsystemen der Triebwerkgondel, insbesondere variabler Einlass, variable Gondelhülle, variable Schubdüse, Schubumkehreinrichtung,
zur Realisierung einer variablen Triebwerksgondel;
Neuartige Umsetzungsvarianten für besagte Kopplung;
Neuartige Umsetzungsvarianten einer variablen Gondelhülle;
Neuartige Umsetzungsvarianten von variablen, insbesondere kreisförmigen Einlässen;
Eine neuartige Kopplung von variablem Einlass und variabler Schubdüse; Neuartige Umsetzungsvarianten für besagte Kopplung;
Neuartige Kopplung von variablem Einlass, variabler Schubdüse, sowie variabler Gondelhülle;
Neuartige Umsetzungsvarianten für besagte Kopplung.

Bei dem Strahltriebwerk handelt es sich beispielsweise um ein Turbofan-Triebwerk.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Strahltriebwerk bereitgestellt, welches insbesondere für ein Flugzeug verwendet wird, und welches die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.
Ein solches Strahltriebwerk weist zunächst eine Triebwerkgondel auf, über welche das Strahltriebwerk an einem Flugzeug, beispielsweise einem Flugzeugflügel, befestigt wird.
Innerhalb der Triebwerkgondel befindet sich ein in an sich bekannter Weise ausgebildetes Kerntriebwerk mit einem das Kerntriebwerk umgebenden Kerntriebwerkgehäuse. Das Kerntriebwerk weist bevorzugt einen in einem Fangehäuse gelagerten Fan und ein Verdichtungssystem auf. Zwischen dem Kerntriebwerk und der Triebwerkgondel kann ein Nebenstromkanal ausgebildet sein. Durch das Kerntriebwerk ist ein Kernstrom führbar und im Betrieb des Triebwerks geführt. Der Kernstrom ist eintrittsseitig bevorzugt ein Luftstrom, der beim Durchlaufen des Kerntriebwerks mit einem Brennstoff vermischt wird.
Die Triebwerkgondel weist eine Gondelhülle auf. Diese Gondelhülle kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Verfügt das Strahltriebwerk über eine Schubumkehreinrichtung, ist die Gondelhülle bevorzugt mehrteilig ausgebildet. Bei einer mehrteiligen Ausgestaltung der Gondelhülle weist diese zunächst einen ersten Gondelhüllenteil auf. Dieser erste Gondelhüllenteil ist vorzugsweise statisch, das heißt in seiner Gesamtheit unbeweglich. Das schließt aber nicht aus, dass einzelne Bestandteile dieses ersten Gondelhüllenteils beweglich an diesem angeordnet oder ausgebildet sind oder sein können. Weiterhin weist eine mehrteilige Gondelhülle bevorzugt einen zum ersten Gondelhüllenteil beweglich angeordneten zweiten Gondelhüllenteil auf. Dieser zweite Gondelhüllenteil ist in Bezug zu dem ersten Gondelhüllenteil beweglich und in Strömungsrichtung der Luft, das heißt aus Richtung des Einlasses gesehen, hinter dem ersten Gondelhüllenteil angeordnet, diesem also nachgeordnet. Der zweite Gondelhüllenteil ist vorzugsweise in Längsrichtung der Triebwerkgondel beziehungsweise der Gondelhülle, vorzugsweise linear, beweglich.
Die Triebwerkgondel weist weiterhin einen sich eingangsseitig der Gondelhülle befindlichen Einlass und eine sich ausgangsseitig der Gondelhülle befindliche Schubdüse auf.
Darüber hinaus ist die Triebwerkgondel als formvariable Triebwerkgondel ausgebildet. Das bedeutet, dass die Triebwerkgondel zumindest bereichsweise in ihrer Form und/oder Gestalt und/oder Kontur verändert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gondelhülle als formvariable Gondelhülle ausgebildet. Das bedeutet, die Gondelhülle ist derart bereitgestellt, dass sie in der Lage ist, ihre Form zu variieren beziehungsweise zu verändern. Dazu weist die Gondelhülle, vorzugsweise der erste Gondelhüllenteil, eine über eine erste Antriebseinrichtung betätigte oder betätigbare Einrichtung zum Verändern der äußeren Gondelhüllenkontur, vorzugsweise der äußeren Kontur des ersten Gondelhüllenteils, insbesondere des Außendurchmessers der Gondelhülle, vorzugsweise des Außendurchmessers des ersten Gondelhüllenteils, auf. Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich nicht auf bestimmte Ausführungsformen dieser Einrichtung sowie der ersten Antriebseinrichtung beschränkt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Die Grundfunktion der formvariablen Gondelhülle ist derart, dass über die erste Antriebseinrichtung erreicht wird, dass sich die Form der Gondelhülle verändern kann.
Vorzugsweise weist die Einrichtung zum Verändern der äußeren Gondelhüllenkontur wenigstens ein Flächensegment auf, welches positionsveränderlich und/oder lageveränderlich an der Gondelhülle, vorzugsweise am ersten Gondelhüllenteil, angeordnet ist, und welches mit der ersten Antriebseinrichtung gekoppelt ist. Es können auch zwei oder mehr solcher Flächensegmente vorgesehen sein, die dann über den Umfang der Gondelhülle verteilt an dieser angeordnet sind. Bei dem Flächensegment handelt es sich insbesondere um eine Platte. Das Flächensegment ist mit der ersten Antriebseinrichtung gekoppelt und wird über diese bewegt. Beispielsweise kann das Flächensegment in seiner Position verändert werden. Beispielsweise kann eine Veränderung zwischen einer ersten Position, in der sich das Flächensegment fluchtend und in einer Ebene mit der Gondelhülle befindet, und einer Position, in der sich das Flächenelement außerhalb, vorzugsweise oberhalb der Ebene der Gondelhülle befindet. Das heißt, der Ort des Flächenelements in Bezug auf die Gondelhülle wird verändert. Wird die Lage des Flächensegments verändert, bedeutet dies insbesondere, dass dessen - räumliche - Orientierung, beispielsweise dessen Neigung in Bezug auf die Gondelhülle, verändert wird. In anderer Ausgestaltung kann die Einrichtung zum Verändern der äußern Gondelhüllenkontur beispielsweise durch flexible Materialien realisiert sein.
Die Triebwerkgondel weist einen Einlass auf, über den die Luft in die Triebwerkgondel eintritt, beispielsweise eingesogen wird. Dies geschieht vorzugsweise über den Fan. In bevorzugter Ausgestaltung ist dir Einlass kreisförmig oder annähernd kreisförmig ausgebildet. Der Einlass befindet sich in Strömungsrichtung der Luft eingangsseitig der Gondelhülle. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Einlass als formvariabler Einlass ausgebildet, wobei der Einlass eine über eine zweite Antriebseinrichtung betätigte oder betätigbare Einrichtung zum Verändern der Einlasskontur aufweist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele, wie dies im Einzelnen realisiert werden kann, werden nachfolgend im Detail beschrieben. Je nach Ausführungsform können die erste Antriebseinrichtung der formvariablen Gondelhülle und die zweite Antriebseinrichtung des formvariablen Einlasses als eigenständige, separate Antriebseinrichtungen, oder als eine einzige gemeinsame Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Bei der letztgenannten Ausgestaltung handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform.
Bevorzugt ist der Einlass mehrteilig ausgebildet. Der Einlass weist wenigstens eins, vorzugsweise zwei oder mehr Einlasssegmente auf, welche(s) schwenkbeweglich an der Gondelhülle, vorzugsweise am ersten Gondelhüllenteil, angeordnet ist/sind. Je nach Ausgestaltung weist die Einrichtung zum Verändern der Einlasskontur wenigstens ein solches Einlasssegment auf. Die Einlasssegmente stellen bevorzugt einen Bestandteil der Einrichtung dar. In anderer Ausgestaltung wirkt das wenigstens eine Einlasssegment mit der Einrichtung zusammen. In diesem Fall stellt das Einlasssegment selbst keinen Bestandteil der Einrichtung dar. Die Einrichtung umfasst in diesem Fall nur solche Bauteile, die für eine Verschwenkung der Einlasssegmente erforderlich sind. In jedem Fall ist das wenigstens eine Einlasssegment mit der zweiten Antriebseinrichtung gekoppelt. Das bedeutet, dass über eine Betätigung der zweiten Antriebseinrichtung das wenigstens eine Einlasssegment in Rotation zu der Gondelhülle, an der das Einlasssegment befestigt ist, verschwenkt werden kann. Dadurch kann je nach Bedarf die Kontur des Einlasses, insbesondere auch dessen Querschnitt, verändert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Ausführungsformen für die zweite Antriebseinrichtung beschränkt. Bevorzugte Ausführungsformen hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.
In weiterer Ausgestaltung weist die Triebwerkgondel eine Schubdüse auf, welche als formvariable Schubdüse ausgebildet ist. Die Schubdüse weist eine über eine dritte Antriebseinrichtung betätigte oder betätigbare Einrichtung zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche auf. Bevorzugte Ausführungsbeispiele, wie dies im Einzelnen realisiert werden kann, werden nachfolgend im Detail beschrieben. Je nach Ausführungsform können die erste Antriebseinrichtung der formvariablen Gondelhülle und die zweite Antriebseinrichtung des formvariablen Einlasses und die dritte Antriebseinrichtung der formvariablen Schubdüse als eigenständige, separate Antriebseinrichtungen, oder als eine einzige gemeinsame Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Bei der letztgenannten Ausgestaltung handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform.
Bevorzugt ist die Schubdüse mehrteilig ausgebildet und weist mehrere Schubdüsenklappen auf, so dass die Schubdüse über den Umfang verteilte segmentierte Schubdüsenklappen aufweist. Diese Schubdüsenklappen sind bevorzugt schwenkbeweglich an der Gondelhülle, vorzugsweise an dem beweglichen zweiten Gondelhüllenteil, angeordnet und sind mit der dritten Antriebseinrichtung gekoppelt. Je nach Ausgestaltung weist die Einrichtung zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche wenigstens eine solche Schubdüsenklappe auf. Die Schubdüsenklappen stellen somit einen Bestandteil der Einrichtung dar. In anderer Ausgestaltung wirkt die wenigstens eine Schubdüsenklappe mit der Einrichtung zusammen. In diesem Fall stellt die Schubdüsenklappe keinen Bestandteil der Einrichtung dar. Die Einrichtung umfasst in diesem Fall nur solche Bauteile, die für eine Verschwenkung der Schubdüsenklappe erforderlich sind. In jedem Fall ist die wenigstens eine Schubdüsenklappe mit der dritten Antriebseinrichtung gekoppelt. Das bedeutet, dass über eine Betätigung der dritten Antriebseinrichtung die wenigstens eine Schubdüsenklappe in Rotation zu der Gondelhülle, an der die Schubdüsenklappe befestigt ist, verschwenkt werden kann. Dadurch kann je nach Bedarf die Austrittsfläche der Schubdüse, insbesondere auch deren Querschnitt, verändert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Ausführungsformen für die dritte Antriebseinrichtung beschränkt. Bevorzugte Ausführungsformen hierzu werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist/sind die erste und/oder zweite und/oder dritte Antriebseinrichtung als Stelltriebeinrichtung ausgebildet, aufweisend wenigstens eine, vorzugsweise rotierbare, Spindel, wenigstens einen auf der Spindel sitzenden, vorzugsweise verschiebbaren, Stellring und ein mit dem Stellring verbundenes Komponenten-Koppelelement. Über das Komponenten-Koppelelement wird das in seiner Form zu verändernde Bauteil, beziehungsweise der entsprechende Bestandteil des Bauteils, mit der dazugehörigen Antriebseinrichtung verbunden. Bei den Komponenten-Koppelelementen kann es sich beispielsweise um Koppelstangen handeln.
In einer alternativen Ausführungsform kann/können die erste und/oder zweite und/oder dritte Antriebseinrichtung einen oder mehrere variierbare Zylinder aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Triebwerkgondel eine über eine vierte Antriebseinrichtung betätigte oder betätigbare Schubumkehreinrichtung auf. Je nach Ausführungsform können die erste Antriebseinrichtung der formvariablen Gondelhülle und die zweite Antriebseinrichtung des formvariablen Einlasses und die dritte Antriebseinrichtung der formvariablen Schubdüse und die vierte Antriebseinrichtung der Schubumkehreinrichtung als eigenständige, separate Antriebseinrichtungen, oder als eine einzige gemeinsame Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Alternativ können die erste, zweite und dritte Antriebseinrichtung als eine einzige gemeinsame Antriebseinrichtung ausgebildet sein, während die vierte Antriebseinrichtung der Schubumkehreinrichtung als eigenständige Antriebseinrichtung ausgebildet ist. Die vierte Antriebseinrichtung der Schubumkehreinrichtung kann in der wie weiter oben beschriebenen Weise ausgebildet sein. Bei der vierten Antriebseinrichtung handelt es sich bevorzugt um eine solche Antriebseinrichtung, die für die Bewegung des beweglichen, zweiten Gondelhüllenteils verwendet wird.
Die Schubumkehreinrichtung ist bevorzugt als an sich bekannte Kaskaden - Schubumkehreinrichtung oder Drehtür-Schubumkehreinrichtung ausgebildet. Die Kaskaden-Schubumkehreinrichtung weist eine oder mehrere Blockadetüre(n) auf, die bei der Aktivierung der Schubumkehreinrichtung in den Nebenstromkanal hineingeklappt werden und damit den Strömungsweg versperren. Dabei muss ein Aktuator sich nur in einer einzigen Achse bewegen. Die Blockadetüren zwingen den Nebenstrom somit, einen anderen Weg über die Kaskaden zum Austritt zu gehen. Die Blockadetüren sind insbesondere an einem zweiten, beweglichen Gondelhüllenteil angelenkt. Dieser zweite Gondelhüllenteil deckt auch die Kaskaden ab und positioniert die Blockadetür im verstauten Zustand gegen den zweiten, beweglichen Gondelhüllenteil. Der bewegliche zweite Gondelhüllenteil wird über die vierte Antriebseinrichtung linear bewegt. Es ist optional möglich, die Kaskaden an dem ersten Gondelhüllenteil zu befestigen oder sie als bewegliche Kaskaden zu konstruieren, die an dem zweiten beweglichen Gondelhüllenteil befestigt sind. Wenigstens eine als Verriegelungssystem ausgebildete Sicherungseinrichtung fixiert die Teile der Schubumkehreinrichtung im verstauten Modus. Eine Steuerung ist verantwortlich für die korrekte Auslösung der Verriegelungsmechanismen und der Antriebseinrichtung. Sie nutzt beispielsweise Informationen des Motorcontrollers, des Schubhebels und des Bodenstatusschalters vom Fahrwerk des Flugzeugs. Ein Anzeigesystem zeigt den Status der Schubumkehreinrichtung an.
Vorzugsweise sind die erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Antriebseinrichtung als eine einzige Gesamt-Antriebseinrichtung ausgebildet.
Beispielsweise weist die Gesamt-Antriebseinrichtung wenigstens eine, insbesondere rotierbare, Spindel, eine Anzahl von auf der wenigstens einen Spindel sitzenden, insbesondere verschiebbaren, Stellringen und mit den Stellringen verbundene Komponenten-Koppelelemente auf. Die einzelnen formvariablen Bauteile sind dann über entsprechende Komponenten-Koppelelemente mit dazugehörigen Stellringen verbunden, wobei sämtliche Stellringe auf wenigstens einer Spindel sitzen. Oder die Gesamt-Antriebseinrichtung weist oder mehrere variierbare Zylinder und eines oder mehrere Komponenten-Gelenkelemente auf. Dies ist im Zusammenhang mit den 17 und 18 weiter unten im Detail beschrieben, so dass hinsichtlich der Offenbarung an dieser Stelle auch auf die entsprechenden Ausführungen weiter unten vollinhaltlich Bezug genommen und verwiesen wird.
Vorzugsweise kann die vierte Antriebseinrichtung der Schubumkehreinrichtung als eine eigenständige, unabhängige Antriebseinrichtung ausgebildet sein. Ist die vierte Antriebseinrichtung Bestandteil der gesamt-Antriebseinrichtung, weist die vierte Antriebseinrichtung vorzugsweise eine Verschluss- und/oder Koppeleinrichtung auf. Darüber wird eine ungewollte Aktivierung der Schubumkehreinrichtung während des Flugs verhindert. Bei der Verschlussvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein Bauteil, mit der der bewegliche zweite Gondelhüllenteil an dem ersten, vorzugsweise unbeweglichen, Gondelhüllenteil lösbar fixiert wird. Die Koppeleinrichtung dient dazu, die Schubumkehreinrichtung bei Bedarf mit der Gesamt-Antriebseinrichtung zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln.
In weiterer Ausgestaltung weist die erste und/der zweite und/der dritte und/oder vierte Antriebseinrichtung, oder die Gesamt-Antriebseinrichtung jeweils wenigstens eine Verschlusseinrichtung oder Blockiereinrichtung oder Bremseinrichtung auf. Durch diese Einrichtungen wird eine ungewollte Veränderung der Form der Triebwerkgondel beziehungsweise von den einzelnen formvariablen Komponenten der Triebwerkgondel verhindert.
Bevorzugt weist das Strahltriebwerk innerhalb der Turbinengondel ein Kerntriebwerk mit einem in einem Fangehäuse angeordneten Fan auf, wobei ein Antrieb, beispielsweise ein Motor, des ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten Antriebssystems oder des Gesamt-Antriebssystems in oder an dem Fangehäuse angeordnet ist. Alternativ kann dafür auch ein anderer statischer Teil der Triebwerkgondel, beispielsweise der Gondelhülle, vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung sind das erste und/oder zweite und/oder dritte und/oder vierte Antriebssystem, oder das Gesamt-Antriebssystem als dezentrales oder zentrales Antriebssystem ausgebildet. Bei einem dezentralen Antrieb werden die Antriebseinrichtungen, beispielsweise die Stellringe, über den Umfang der Triebwerkgondel durch mehrere Aktoren, jeweils bestehend aus Stelltrieb mit Spindel, Energiezufuhr (Motor) und Steuerung (Elektronik), angetrieben. Bei einer zentralen Umsetzung wird ein einziger Motor verwendet.
Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform ein Strahltriebwerk, aufweisend eine Triebwerkgondel, wobei die Triebwerkgondel eine Gondelhülle mit einem ersten Gondelhüllenteil und optional einem dazu beweglichen zweiten Gondelhüllenteil aufweist, wobei die Triebwerkgondel einen sich eingangsseitig der Gondelhülle befindlichen Einlass und eine sich ausgangsseitig der Gondelhülle befindliche Schubdüse aufweist, und wobei die Triebwerkgondel als formvariable Triebwerkgondel ausgebildet ist. Um die Effizienz des Strahltriebwerks zu steigern, ist vorgesehen, dass die Gondelhülle, der Einlass und die Schubdüse jeweils formvariabel ausgebildet sind und über eine einzige gemeinsame Gesamt-Antriebseinrichtung angetrieben werden. Zudem weist das Strahltriebwerk bevorzugt noch eine Schubumkehreinrichtung auf.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

1 eine prinzipielle Schnittansicht eines Strahltriebwerks, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist;
2 und 3 zwei Ansichten eines Prinzips der Umsetzung einer Triebwerkgondel mit formvariabler Gondelhülle;
4 und 5 zwei Ansichten eines Prinzips der Umsetzung einer Triebwerkgondel mit formvariablem Einlass;
6 und 7 zwei Ansichten eines Prinzips der Umsetzung einer Triebwerkgondel mit formvariabler Schubdüse;
8 und 9 zwei Ansichten eines Prinzips der Umsetzung einer Triebwerkgondel mit einer Schubumkehreinrichtung;
10 und 11 zwei Ansichten eines Prinzips der Umsetzung einer Triebwerkgondel mit formvariablem Einlass und formvariabler Gondelhülle;
12 eine prinzipielle Schnittansicht eines Strahltriebwerks gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 eine prinzipielle Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks mit einer einzigen gemeinsamen Gesamt-Antriebsein richtung;
14 bis 16 drei Ansichten einer Umsetzungsvariante für eine Kombination von formvariablem Einlass, formvariabler Gondelhülle und formvariabler Schubdüse, mit einer Schubumkehreinrichtung;
17 und 18 zwei Ansichten einer anderen Umsetzungsvariante für eine Kombination von formvariablem Einlass, formvariabler Gondelhülle und formvariabler Schubdüse; und
19 zwei schematische Ansichten eines Konzepts mit dezentralem und zentralem Antrieb.

In den Figuren wird jeweils ein Strahltriebwerk 10 für ein Flugzeug beziehungsweise werden Bestandteile eines solchen Strahltriebwerks 10 dargestellt. Bei dem Strahltriebwerk 10 handelt es sich bevorzugt um ein Turbofan-Triebwerk. Identische Bauteile in den verschiedenen Figuren sind dabei jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
In 1 ist ein Strahltriebwerk 10 dargestellt, wie es prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist. Das Strahltriebwerk 10 ist über einen Pylonen (nicht dargestellt) am Flügel (nicht dargestellt) eines Flugzeugs (nicht dargestellt) befestigt. Das Strahltriebwerk 10 weist eine Triebwerkgondel 11 auf, innerhalb derer sich ein Kerntriebwerk 12, aufweisend einen Fan 13 und ein Verdichtungssystem 15, befindet. Zwischen dem Kerntriebwerk 12 und der Triebwerkgondel 11 ist ein Nebenstromkanal ausgebildet. Die Triebwerkgondel 11 weist eine Reihe von Komponenten auf, insbesondere eine Gondelhülle 20, einen eingangsseitig dazu befindlichen Einlass 30 und eine ausgangsseitig zur Gondelhülle 20 befindliche Schubdüse 40. Das Strahltriebwerk 10 saugt Luft im Bereich des Einlasses 30 durch die Rotation des Fans 13 an. Die eingesaugte Luft wird dann in zwei Luftströme aufgeteilt, welche in den Nebenstromkanal 16 und in das Kerntriebwerk 12 gelangen. Der Nebenstromkanal 16 ist eine Passage zwischen den Strukturbauteilen Kerntriebwerk 12 und Triebwerkgondel 11.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Gondelhülle 20 als formvariable Gondelhülle ausgebildet. Eine solche formvariable Gondelhülle 20 ist prinzipiell in den 2 und 3 dargestellt, wobei 2 den Zustand des Strahltriebwerks 10 um Reiseflug darstellt und in 3 das Strahltriebwerk 10 beim Start dargestellt ist. Die Gondelhülle 20 weist eine Einrichtung 21 zum Verändern der äußeren Gondelhüllenkontur, insbesondere zum Verändern des Außendurchmessers der Gondelhülle 20 auf. Die Einrichtung 21 weist wenigstens ein Flächenelement 22 in Form einer Platte auf, welches positionsveränderlich und/oder lageveränderlich an der Gondelhülle 20 angeordnet ist. Über eine Bewegung des Flächenelements 22 wird der äußere Durchmesser der Gondelhülle 20 verändert. Dazu ist eine erste Antriebseinrichtung 23 vorgesehen, die als Stelltriebeinrichtung ausgebildet ist und eine, insbesondere rotierbare, Spindel 24 und zwei auf der Spindel 24 sitzende, insbesondere verschiebbare, Stellringe 25 aufweist. Über zwei Komponenten-Koppelelemente 26 in Form von Koppelstangen sind die Stellringe 25 mit dem Flächenelement 22 verbunden. Der Antrieb der Spindel 24 erfolgt über einen Motor M, welcher an einem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 angeordnet ist. Die Stellringe 25 werden auf der Spindel 24 bewegt und verändern dadurch über die Komponenten-Koppelelemente 26 die Position und/oder Lage des wenigstens einen Flächenelements 22. Eine Variation des Gondeldurchmessers kann alternativ zum Beispiel auch durch flexible Materialien 27 realisiert werden.
Vorzugsweise ist der eingangsseitig an der Gondelhülle 20 befindliche Einlass 30 als formvariabler Einlass ausgebildet. Eine solcher formvariabler Einlass 30 ist prinzipiell in den 4 und 5 dargestellt, wobei 4 den Zustand des Strahltriebwerks 10 um Reiseflug darstellt und in 5 das Strahltriebwerk 10 beim Start dargestellt ist. Der Einlass 30 weist eine Einrichtung 31 zum Verändern der Einlasskontur auf. Die Einrichtung 31 weist wenigstens ein Einlasssegment 32, vorzugsweise zwei Einlasssegmente 32 auf, welche über eine Gelenkverbindung 33 schwenkbeweglich an der Gondelhülle 20 angeordnet sind. Über eine Bewegung der Einlasssegmente 32 wird die Kontur des Einlasses 30 und/oder die Größe der Einlassfläche variiert. Dazu ist eine zweite Antriebseinrichtung 34 vorgesehen, die als Stelltriebeinrichtung ausgebildet ist und eine, insbesondere rotierbare, Spindel 35 und einen auf der Spindel 35 sitzenden Stellring 36 aufweist. Über zwei Komponenten-Koppelelemente 37 in Form von Koppelstangen ist der Stellring 36 mit den Einlasssegmenten 32 verbunden. Der Antrieb der Spindel 35 erfolgt über einen Motor M, welcher an einem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 angeordnet ist. Der Stellring 36 wird auf der Spindel 35 oder durch die Spindel 35 bewegt und verändert dadurch über die Komponenten-Koppelelemente 37 die Position und/oder Lage der Einlasssegmente 32.
Vorzugsweise ist die ausgangsseitig an der Gondelhülle 20 befindliche Schubdüse 40 als formvariable Schubdüse ausgebildet. Eine solcher formvariable Schubdüse 40 ist prinzipiell in den 6 und 7 dargestellt, wobei 6 den Zustand des Strahltriebwerks 10 um Reiseflug darstellt und in 7 das Strahltriebwerk 10 beim Start dargestellt ist. Die Schubdüse 40 weist eine Einrichtung 41 zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche auf, die wiederum eine Anzahl von Schubdüsenklappen 42 aufweist, die schwenkbeweglich an der Gondelhülle 20 angeordnet sind. Über eine Bewegung der Schubdüsenklappen 42 wird die Austrittsfläche der Schubdüse 40 variiert. Dazu ist eine dritte Antriebseinrichtung 43 vorgesehen, die als Stelltriebeinrichtung ausgebildet ist und eine, insbesondere rotierbare, Spindel 44 und einen auf der Spindel 44 sitzenden Stellring 45 aufweist. Über wenigstens ein Komponenten-Koppelelement 46 in Form einer Koppelstange ist der Stellring 45 mit den Schubdüsenklappen 42 verbunden. Der Antrieb der Spindel 44 erfolgt über einen Motor M, welcher an einem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 angeordnet ist. Der Stellring 45 wird auf der Spindel 44 oder durch die Spindel 44 bewegt und verändert dadurch über das Komponenten-Koppelelement 46 37 die Position und/oder Lage der Schubdüsenklappen 42. Variable Düsenquerschnitte können beispielsweise erreicht werden, indem über den Umfang segmentierte Schubdüsenklappen 42 mit Hilfe des Stellrings 45 und des Komponenten-Koppelelements 46 verstellt werden.
Vorzugsweise weist das Strahltriebwerk 11 eine Schubumkehreinrichtung 50 auf, die in Form einer Kaskaden-Schubumkehreinrichtung ausgebildet ist. Eine solche Schubumkehreinrichtung 50 ist prinzipiell in den 8 und 9 dargestellt, wobei 8 die Schubumkehreinrichtung 50 in deaktiviertem Zustand zeigt und in 9 die Schubumkehreinrichtung 50 in aktiviertem Zustand dargestellt ist. Die Gondelhülle 20 weist einen ersten, statischen Gondelhüllenteil 20a und einen dazu beweglichen zweiten Gondelhüllenteil 20b auf. Über eine vierte Antriebseinrichtung 51 wird der bewegliche zweite Gondelhüllenteil 20b in Bezug auf den statischen ersten Gondelhüllenteil 20a linear verschoben. Die vierte Antriebseinrichtung 51 ist in Form eines Stelltriebs mit einer Spindel 52 und einem Stellring 53 ausgebildet, wobei die Spindel 52 über einen Motor M angetrieben wird, der an einem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 angeordnet ist. Der Stellring 53 ist über wenigstens ein Komponenten-Koppelelement 54 mit dem beweglichen zweiten Gondelhüllenteil 20b verbunden. Bei der Schubumkehreinrichtung 50 wird der hintere Teil der Triebwerksgondel 11 in Form des beweglichen zweiten Gondelhüllenteils 20b nach hinten verschoben und dabei der Strömungskanal mittels Blockadetüren 55 durch einen Aktuator 56 verschlossen. Somit wird der Luftmassenstrom über Umlenkkaskaden 57 entgegen der Flug-/Rollrichtung umgeleitet.
In den 10 und 11 ist eine Umsetzungsvariante für eine Kombination von variablem Einlass 30 und variabler Gondelhülle 20 dargestellt. 10 zeigt die Strahlturbine 10 im Reiseflug, während in 11 die Startphase gezeigt ist. Bei dem in den 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Antriebseinrichtung für die formvariable Gondelhülle und die zweite Antriebseinrichtung für den formvariablen Einlass in Form einer einzigen gemeinsamen Gesamt-Antriebseinrichtung 60 in Form eines Stelltriebs zusammengefasst und ausgebildet. In den 10 und 11 ist dargestellt, wie die Teilsysteme variabler Einlass 30 und variable Gondelhülle 20 durch Verwendung getrennter Stellringe 25, 36, aber einer gemeinsamen Spindel 61 und eines gemeinsamen Antriebs in Form eines Motors M ansteuerbar sind. Der Motor M ist wiederum an einem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 angeordnet. Hierbei versetzt der Motor M die Spindel 61 in Rotation, wodurch die Stellringe 25, 36 axial verschoben werden. Die Stellringe 25, 36 sind über Komponenten-Koppelelemente 26, 37 in Form von Stäben mit dem Flächenelement 22 der Gondelhülle 20 und den Einlasssegmenten 32 des Einlasses 30 verbunden. Das Flächenelement 22 und die Einlasssemente 32 sind über Gelenkverbindungen 33 miteinander verbunden. Durch eine Verschiebung der Stellringe und damit der Komponenten-Koppelelemente können somit der Einlass 30 und die Gondelhülle 20 bis zum Erreichen der gewünschten Dicke variiert werden. Durch Ändern der Rotationsrichtung des Motors M kann die Geometrieänderung umgekehrt werden. Zudem kann ein Verschluss-/Bremssystem beispielsweise an der Spindel 61 angebracht werden, um eine ungewollte Verstellung der Geometrie zu verhindern.
In der zivilen Luftfahrt müssen Triebwerksgondeln 11 wechselnde Anforderungen und Funktionen erfüllen, wie beispielsweise Belieferung des Verdichtersystems mit Luft, Schützen von gondelinternen Komponenten vor äußeren Einflüssen, Ausleitung des Abgasstrahls und Erhaltung des Druckpotenzials im Triebwerk, sowie gegebenenfalls Unterstützung des Flugzeugbremssystems. Diese Funktionen werden bei modernen Strahltriebwerken 10, wie in 12 dargestellt ist, durch die Bestandteile der Triebwerksgondel 11, wie Einlass 30, Gondelhülle 20, Schubdüse 40 und Schubumkehreinrichtung 50 abgedeckt.
Die Belieferung des Verdichtungssystems 15 mit Luft adäquater Menge, Geschwindigkeit und Gleichförmigkeit wird durch den Einlass 30 sichergestellt. Bei verschiedenen Flugbedingungen ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an die Kontur des Einlasses 30. Während des schnellen Reiseflugs sind Einlässe 30 mit dünner Kontur und engem Eintrittsquerschnitt vorteilhaft, da diese einen minimalen Luftwiderstand gewährleisten. Diese Geometrien sind jedoch im Startfall anfällig für Strömungsablösungen, die gefährliche Folgen nach sich ziehen können. Aus diesem Grund sind für den Start und den Steigflug Einlässe 30 mit dicker, runder Kontur und größerem Eintrittsquerschnitt besser geeignet, da sie dieses Risiko minimieren. Dies erfolgt allerdings auf Kosten eines erhöhten Widerstands im Reiseflugfall. Bisher Ein formvariabler Einlass 30 kann für jede Flugsituation eine möglichst optimale Geometrie zu erzeugen und somit eine höhere Effizienz und Reisegeschwindigkeit bei gleichbleibender Zuverlässigkeit und Sicherheit während des Flugzeugstarts ermöglichen.
In der Triebwerksgondel 11 sind im Bereich zwischen dem Einlass 30 und der Schubdüse 40 zudem zahlreiche Komponenten, wie beispielsweise Generatoren, untergebracht. Diese Bauteile sind vor äußeren Einflüssen, wie zum Beispiel Hagel, Blitzschlag und elektromagnetischer Strahlung, zu schützen. Dies geschieht durch die Gondelhülle 20. Zudem wird deren Zugänglichkeit, beispielsweise für Wartungszwecke, über Gondeltüren und Klappen gewährleistet. Durch eine Verstellbarkeit der äußeren Gondelkontur in Verbindung mit der Verwendung eines variablen Einlasses 30 kann eine weitere Effizienzsteigerung erreicht werden, da dadurch der der Gondelquerschnitt und deshalb der Strömungswiderstand während des Reiseflugs reduziert werden kann, ohne das Stufen zwischen potenziellem variablen Einlass 30 und Gondelhülle 20 entstehen.
Die Schubdüse 40 ist verantwortlich für die Energieumwandlung bei der Ausleitung des Abgasstrahls aus dem Strahltriebwerk (10) heraus. Die Umwandlung resultiert in einer Beschleunigung des Abgasstrahls. Zudem stellt die Schubdüse 40 ein gewisses Druckpotenzial im Strahltriebwerk 10 sicher. Dieses ist für einen zuverlässigen Betrieb des Fans 13 und des Verdichtersystems 15 von großer Wichtigkeit. Beide genannten Funktionen sind abhängig vom Düsenaustrittsquerschnitt. Durch Verwendung eines großen Düsenaustrittsquerschnitts im Startfall wird die Gefahr von Pumpen oder Fanflattern minimiert. Gegen Ende des Steigflugs und während des Reiseflugs hingegen ist ein kleinerer Düsenquerschnitt ideal, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Eine Strahldüse 40 mit verstellbarem Austrittsdurchmesser kann eine optimale Anpassung an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen während Start-, Steig- und Reiseflugbetrieb bieten.
Durch die Integration einer Schubumkehreinrichtung 50 kann die Triebwerkgondel 11 in die Lage versetzt werden, durch eine Umlenkung des Triebwerksluftstromes entgegen der Flug-/Rollrichtung eine Bremswirkung zu erzielen. Dadurch können die benötigte Landestrecke und Taxi-Strecken auf dem Flughafen verkürzt werden, der Verschleiß Reifenbremssystems kann reduziert werden und die Sicherheit auf nassen und vereisten Landebahnen kann erhöht werden.
Eine Integration jedes einzelnen dieser Systeme bringt jedoch Nachteile, wie eine Erhöhung des Triebwerkgewichts, erhöhte Komplexität und somit ggf. geringere Zuverlässigkeit, mit sich. Insbesondere, da jedes Sub-System ein eigenes Antriebssystem besitzt. Durch die Kombination der Antriebssysteme einiger oder aller dieser Systeme in beziehungsweise zu einem Gesamt-Antriebssystem 60 könnten Gesamtgewicht und -komplexität verringert sowie die Gesamtzuverlässigkeit des variablen Gondelsystems erhöht werden. Somit könnte eine variable Gondel eine Wirtschaftlichkeit erreichen.
Da der Großteil der Triebwerkgondel 11 durch formvariable Bauteile ausgebildet ist, weist die Triebwerkgondel 11 bevorzugt einen statischen Bereich 17 auf, in dem die Gesamt-Antriebseinrichtung 60, zumindest aber einzelne Bestanteile davon, beispielsweise der Motor, verbaut ist/sind.
Wie zudem in 13 dargestellt ist, weist die in 12 dargestellte Gesamt-Antriebseinrichtung 60 eine gemeinsame Spindel 61 auf, auf der Stellringe 36, 25, 53, 45 für die verschiedenen formvariablen Bauteile sitzen.
Die 14 bis 16 zeigen drei Ansichten einer Umsetzungsvariante für eine Kombination von formvariablem Einlass, formvariabler Gondelhülle und formvariabler Schubdüse, mit einer Schubumkehreinrichtung. 14 zeigt das Strahltriebwerk während des Reiseflugs. In 15 ist die Startphase dargestellt. 16 zeigt die aktivierte Schubumkehreinrichtung.
Abgesehen von einem statischen Bereich, bei dem es sich beispielsweise um den Bereich um das Fangehäuse 14 herum handelt, sind alle Bestandteile der Triebwerkgondel 11 beweglich und können entsprechend der Flugbedingungen angepasst werden. Die kombinierte Gesamt-Antriebseinrichtung 60, insbesondere deren Motor M, ist in diesem statischen Bereich des Fangehäuses 14 untergebracht, sodass die bis zu vier variablen Teilsysteme Einlass 30, Gondelhülle 20, Schubumkehreinrichtung 50 und Schubdüse 40 variiert werden können.
Um die Bewegung der Einzelsysteme zu realisieren, werden diese über Stellringe 36, 25, 45 angesteuert. Die Stellringe 36, 25, 45können hierbei beispielsweise auf einer gemeinsamen Spindel 61 sitzen, das mit dem Antriebssystem, z.B. einem Motor M im statischen Bereich der Triebwerkgondel 11 verbunden ist, um die gewünschte Verschiebung umzusetzen. Durch diese Verknüpfung der Segmente wird nur ein Antriebssystem benötigt, um alle Segmente simultan oder aber getrennt anzusteuern. Eine Trennung der Schubumkehreinrichtung 50 von den anderen Teilsystemen ist erforderlich, um ein Aktivieren der Schubumkehr während des Fluges zu vermeiden. Die Trennung der Teilsysteme kann beispielsweise durch Verwendung verschiedener Spindeln für Schubumkehr und die restlichen Teilsysteme oder aber durch eine Verschluss- und Koppeleinrichtung 62, die ein Aktivieren der Schubumkehr im Flug mechanisch verhindern, erfolgen.
Durch die Rotation der Spindeln 35, 26 werden die Einlasssegmente 32 sowie das Flächenelement 22 variiert. Zudem kann der Stellring 45 verschoben werden, welcher ebenfalls auf der Spindel 61 sitzt, wodurch der Winkel der Schubdüsenklappen verändert werden kann. Die Schubdüsenklappen sind derart gelenkig gelagert, dass sie gedreht werden können, ohne dabei aus dem beweglichen, zweiten Gondelhüllenteil 20b herausgeschoben zu werden. Weiterhin verhindert eine Verschlusseinrichtung 62 bei deaktivierter Schubumkehreinrichtung 50, dass der verschiebbare Gondelhüllenteil 20b axial verschoben werden kann.
Wenn die Verschlusseinrichtung 62 gelöst und Stellring 45 nach hinten gefahren wird, so werden durch die Kopplung der Schubdüsenklappen 42 mit dem verschiebbaren Gondelhüllenteil 20b besagte Komponenten nach hinten verschoben. Dadurch werden die Umlenkkaskaden 57 freigelegt und gleichzeitig verschließen die Blockadetüren, die über einen Aktuator 56, beispielsweise Draglinks, mit dem Inneren des Nebenstromkanals verbunden sind, den Nebenstromkanal. Somit wird der Luftstrom durch die Umlenkkaskaden 57 geleitet.
Eine andere Umsetzungsvariante für die Kombination von variablem Einlass 30, variabler Schubdüse 40, sowie variabler Gondelhülle 20 ist in den 17 und 18 dargestellt. 17 zeigt die Situation während des Reiseflugs, während 18 die Strahlturbine 10 in der Startphase zeigt. Hierbei variieren Zylinder 63 das Flächenelement 22 der Gondelhülle 20. Einlasssegmente und Schubdüsenklappen 42 Komponenten-Gelenkelemente sind sowohl über Komponenten-Gelenkelemente 64 mit dem Flächenelement 22 der der Gondelhülle 20 als auch über Gelenke 65 mit dem statischen Teil 17 der Triebwerkgondel 11 verbunden. Dadurch können Einlass 30 und Schubdüse 40 zusammen mit der Gondelhülle 20 positionsbeweglich und/oder lagebeweglich variiert werden.
Für die Integration der Gesamt-Antriebseinrichtung 60 existieren zwei Möglichkeiten, nämlch ein zentraler und dezentraler Antrieb, wie in 19 verdeutlicht ist. Bei einem dezentralen Antrieb werden die Stellringe 66 über den Umfang der Triebwerkgondel 11 durch mehrere Aktoren, jeweils bestehend aus Stelltrieb mit Spindel 61, Energiezufuhr in Form eines Motors M und Steuerung, insbesondere Elektronik, angetrieben. Dies ist im linken Teil von 19 dargestellt. Bei einer zentralen Umsetzung, die im rechten Teil von 19 dargestellt ist, wird ein einziger Motor M verwendet, um die Stellringe 66 entlang der Spindeln 61 zu verschieben. Bei diesen Ausführungsbeispielen weist die Gesamt-Antriebseinrichtung 60 nicht nur eine Spindel 61 auf, sondern mehrere solcher Spindeln 61, beispielsweise drei Stück.
Bezugszeichenliste

10: Strahltriebwerk
11: Triebwerkgondel
12: Kerntriebwerk
13: Fan
14: Fangehäuse
15: Verdichtungssystem
16: Nebenstromkanal
17: Statischer Teil der Triebwerkgondel
20: Gondelhülle
20a: Statischer erster Gondelhüllenteil
20b: Beweglicher zweiter Gondelhüllenteil
21: Einrichtung zum Verändern der äußeren Gondelkontur
22: Flächenelement
23: Erste Antriebseinrichtung
24: Spindel
25: Stellring
26: Komponenten-Koppelelement
27: Flexibles Material
30: Einlass
31: Einrichtung zum Verändern der Einlasskontur
32: Einlasssegment
33: Gelenkverbindung
34: Zweite Antriebseinrichtung
35: Spindel
36: Stellring
37: Komponenten-Koppelelement
40: Schubdüse
41: Einrichtung zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche
42: Schubdüsenklappe
43: Dritte Antriebseinrichtung
44: Spindel
45: Stellring
46: Komponenten-Koppelelement
50: Schubumkehreinrichtung
51: Vierte Antriebseinrichtung
52: Spindel
53: Stellring
54: Komponenten-Koppelelement
55: Blockadetür
57: Umlenkkaskade
60: Gesamt-Antriebseinrichtung
61: Spindel
62: Verschluss-/Koppeleinrichtung
63: Zylinder
64: Komponenten-Gelenkelement
65: Gelenk
66: Spindel
M: Motor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5000399 [0004]
US 2015/0308379 A1 [0006]
US 8869505 [0006]
US 2013/0008145 A1 [0008]

Claims

Strahltriebwerk (10), aufweisend eine Triebwerkgondel (11), wobei die Triebwerkgondel (11) eine Gondelhülle (20) mit einem ersten Gondelhüllenteil (20a) und optional einem dazu beweglichen zweiten Gondelhüllenteil (20b) aufweist, wobei die Triebwerkgondel (11) einen sich eingangsseitig der Gondelhülle (20) befindlichen Einlass (30) und eine sich ausgangsseitig der Gondelhülle (20) befindliche Schubdüse (40) aufweist, und wobei die Triebwerkgondel (11) als formvariable Triebwerkgondel ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gondelhülle (20) als formvariable Gondelhülle ausgebildet ist, dass die Gondelhülle (20), vorzugsweise der erste Gondelhüllenteil (20a) eine über eine erste Antriebseinrichtung (23) betätigte oder betätigbare Einrichtung (21) zum Verändern der äußeren Gondelhüllenkontur, vorzugsweise der äußeren Kontur des ersten Gondelhüllenteils (20a), insbesondere des Außendurchmessers der Gondelhülle, vorzugsweise des Außendurchmessers des ersten Gondelhüllenteils (20a), aufweist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (21) zum Verändern der äußeren Gondelhüllenkontur wenigstens ein Flächensegment (22) aufweist, welches positionsveränderlich und/oder lageveränderlich an der Gondelhülle (20), vorzugsweise am ersten Gondelhüllenteil (20a), angeordnet ist, und welches mit der ersten Antriebseinrichtung (23) gekoppelt ist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (30) als formvariabler Einlass ausgebildet ist, und dass der Einlass (30) eine über eine zweite Antriebseinrichtung (34) betätigte oder betätigbare Einrichtung (31) zum Verändern der Einlasskontur aufweist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (31) zum Verändern der Einlasskontur wenigstens ein Einlasssegment (32) aufweist oder mit wenigstens einem Einlasssegment (32) zusammenwirkt, welches schwenkbeweglich an der Gondelhülle (20), vorzugsweise am ersten Gondelhüllenteil (20a), angeordnet ist, und welches mit der zweiten Antriebseinrichtung (34) gekoppelt ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubdüse (40) als formvariable Schubdüse ausgebildet ist, und dass die Schubdüse (40) eine über eine dritte Antriebseinrichtung (43) betätigte oder betätigbare Einrichtung (41) zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche aufweist.
Strahltriebwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (41) zum Verändern der Schubdüsenaustrittsfläche wenigstens eine Schubdüsenklappe (42) aufweist oder mit wenigstens einer Schubdüsenklappe (42) zusammenwirkt, welche schwenkbeweglich an der Gondelhülle (20), vorzugsweise am beweglichen zweiten Gondelhüllenteil (20b), angeordnet ist, und welche mit der dritten Antriebseinrichtung (43) gekoppelt ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (23) und/oder zweite (34) und/oder dritte (43) Antriebseinrichtung als Stelltriebeinrichtung ausgebildet ist, aufweisend wenigstens eine Spindel (24; 35; 44), wenigstens einen auf der Spindel (24; 35; 44) sitzenden Stellring (25; 36; 45) und ein mit dem Stellring (25; 36; 45) verbundenes Komponenten-Koppelelement (26; 37; 46), oder dass die erste (23) und/oder zweite (34) und/oder dritte (43) Antriebseinrichtung einen oder mehrere variierbare Zylinder (63) aufweist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebwerkgondel (11) eine über eine vierte Antriebseinrichtung (51) betätigte oder betätigbare Schubumkehreinrichtung (50) aufweist, und dass die Schubumkehreinrichtung (50) bevorzugt als Kaskaden-Schubumkehreinrichtung oder Drehtür-Schubumkehreinrichtung ausgebildet ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (23) und/oder zweite (34) und/oder dritte (43) und/oder vierte (51) Antriebseinrichtung als eine einzige Gesamt-Antriebseinrichtung (60) ausgebildet sind.
Strahltriebwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamt-Antriebseinrichtung (60) wenigstens eine Spindel (61), eine Anzahl von auf der wenigstens einen Spindel (61) sitzenden Stellringen (25, 36, 45; 66) und mit den Stellringen (25; 36; 45; 66) verbundene Komponenten-Koppelelemente (26, 37, 46) aufweist, oder dass die Gesamt-Antriebseinrichtung (60) einen oder mehrere variierbare Zylinder (63) und eines oder mehrere Komponenten-Gelenkelemente (64) aufweist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Antriebseinrichtung (51) der Schubumkehreinrichtung (50) als eine eigenständige, unabhängige Antriebseinrichtung ausgebildet ist, oder dass die vierte Antriebseinrichtung (51) eine Verschluss- und/oder Koppeleinrichtung (62) aufweist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (23) und/der zweite (34) und/der dritte (43) und/oder vierte (51) Antriebseinrichtung, oder dass die Gesamt-Antriebseinrichtung (60) jeweils wenigstens eine Verschlusseinrichtung oder Blockiereinrichtung oder Bremseinrichtung aufweist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahltriebwerk (10) innerhalb der Triebwerkgondel (11) ein Kerntriebwerk (12) mit einem in einem Fangehäuse (14) angeordneten Fan (13) aufweist, und dass ein Antrieb (M) des ersten (23) und/oder zweiten (34) und/oder dritten (43) und/oder vierten (51) Antriebssystems oder des Gesamt-Antriebssystems (60) in oder an dem Fangehäuse (14) angeordnet ist.
Strahltriebwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (23) und/oder zweite (34) und/oder dritte (43) und/oder vierte (51) Antriebseinrichtung, oder dass die Gesamt-Antriebseinrichtung (60) als dezentrale oder zentrale Antriebseinrichtung ausgebildet ist.